Verbundtreffen. EnEff:Wärme Dezentrale Stromversorgungskonzepte (Förderkennzeichen 03ET1042D ) 24. April 2015 Jülich

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1 Verbundtreffen EnEff:Wärme Dezentrale Stromversorgungskonzepte (Förderkennzeichen 03ET1042D ) 24. April 2015 Jülich 1 Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03ET1042D gefördert und von dem Projektpartner EnBW Energie Baden-Württemberg AG unterstützt.

2 Gliederung I. Übersicht Systemanalyse 1. Netzgekoppelte PV-Anlage 2. Netzgekoppelte PV-Anlage und Hausspeichersystem 3. Netzgekoppelte PV-Anlage und Kleinwindkraftanlage 4. Netzgekoppelte PV-Anlage und Mikro-BHKW-Anlage 5. Netzgekoppelte PV-Anlage und Wärmepumpe 6. Autarke Systeme II. Auswirkungen dezentraler Stromversorgung i. auf den Haushaltsstrompreis ii. auf Einnahmen aus Steuern, Abgaben und Umlagen 2

3 3 Übersicht Systemanalyse

4 Preiskurve für PV-Anlagen ohne Mehrwertsteuer Spezifische Kosten in /kw p y = -225,7ln(x) , Leistung Photovoltaik in kw p 4

5 Stromgestehungskosten in ct/kwh Stromgestehungskosten dezentraler Stromerzeugungstechnologien Mini-Windkraft klein Dieselgenerator Mini-Windkraft groß Photovoltaik Windkraft Onshore Jahr 5

6 6 Stromerzeugungskosten (Systemkosten: Netzstrom und PV- Dachanlage) Netzgekoppelte PV-Anlage

7 CO 2 -Äq. in t/a CO 2 -Äq. PV-Anlage mit 5 kw p, kwh Stromverbrauch 4 3 Stündlicher CO 2 -Mix nach Merit-Order Referenz, Strom Netzbezug Vorkette PV Einsp, PV System System Referenz 7

8 Spezifische Kosten in /kwh Preiskurve von Hausspeichersystemen ohne Mehrwertsteuer 2500 Lithium Blei Log. (Lithium) Log. (Blei) 1000 y = -407ln(x) ,1 R² = 0, y = -112,6ln(x) , Kapazität in kwh 8

9 9 Eigenverbrauch/Eigendeckung von Speicher und PV-Anlage

10 Beeinflussung der Systemkosten durch das Verhältnis Speicher & PV-Anlage 80% Entladetiefe Standort Kempten Vergütung 12,5 ct bzw. 12,15 ct 4-Personenhaushalt Rendite 5 % Systemkosten auf Referenzniveau bei Verhältnis PV-Anlage zu Speicher von 3 zu 1 Verhältnismäßig größere Speicher zur Erhöhung des Autarkiegrades 10

11 Beeinflussung der Systemkosten durch Einspeisevergütung 5 kwh Speicher 80% Entladetiefe Standort Kempten 4-Personenhaushalt Rendite 5 % 11 Unabhängigkeit von Vergütung durch hohen Eigenverbrauch bei kleiner PV-Anlage Je größer die PV-Anlage, desto stärker die Auswirkung des Vergütungssatzes Kleinere Anlagen durch sinkende Vergütung wirtschaftlicher

12 SOC [%] C-Raten 100% Ladezustand bei Leistungsbegrenzung im Sommer 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 8. Aug. 9. Aug. 10. Aug. 11. Aug. 12. Aug. 13. Aug. 14. Aug. 15. Aug. Datum 1 C - 1 C 0,1 C - 0,1 C 1 C - 0,1 C 0,1 C - 1 C 1. Zahl Laden; 2. Zahl Entladen Maximaler Ladezustand wird im Sommer auch bei 0,1 C meist erreicht Nachts bleibt genügend Zeit zur kompletten Entladung 12

13 SOC [%] C-Raten 100% Ladezustand bei Leistungsbegrenzung im Winter 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 24. Dez. 25. Dez. 26. Dez. 27. Dez. 28. Dez. 29. Dez. 30. Dez. 31. Dez. Datum 1 C - 1 C 0,1 C - 0,1 C 1 C - 0,1 C 0,1 C - 1 C Deutliche Reduktion des Ladezustandes bei Begrenzung der Ladeleistung, da Einstrahlungsdauer und intensität geringer ist Spezielle Betriebsweise für Wintermonate zur SOC-Maximierung 13

14 Beeinflussung der Systemkosten durch C-Rate 5 kwh Speicher 1 C = 5000 W 80% Entladetiefe Standort Kempten Jahresstrombedarf: 4300 kwh Rendite 5 % Beeinflussung der Systemkosten nur bei sehr kleinen C-Raten Optimum bei sehr niedriger Ladeleistung, Entladeleistung spielt geringe Rolle Einsparpotentiale im Bereich von 0,5 1 ct/kwh 14

15 Entladetiefe 5 kwh Lithium Speicher 5 kwp PV-Anlage Standort Kempten 4-Personenhaushalt Minimum bei 72 % Entladetiefe bei 25 Jahren maximaler Lebensdauer Kompromiss aus schonender Betriebsweise und Ausnutzung der Kapazität Batterieaustausch bei 20 % irreversiblem Kapazitätsverlust 15

16 Batterieaustauschzeitpunkt Durch späteren Batterieaustausch bei 66 % ist tiefere Entladung möglich Dadurch Erhöhung des Autarkiegrades 16

17 Kosten in ct/kwh Systemkosten mit Speicherförderung bei einer 1:1 Dimensionierung von PV-Anlage zu Speicher PV-Leistung und Batteriekapazität in kwp respektive kwh Kosten in ct/kwh 17

18 KfW-Speicherförderung in Zahlen KfW-Programm Erneuerbare Energien Standard - Anzahl Maßnahmen Jahr Ergänzung PV-Speicher an bestehende PV-Anlage Neue PV-Anlage mit PV-Speicher Gesamt KfW-Programm Erneuerbare Energien Standard Darlehenszusage Mio. EUR Jahr Ergänzung PV-Speicher an bestehende PV-Anlage Neue PV-Anlage mit PV-Speicher Gesamt Tilgungszuschüsse Mio. EUR ,8* ** * aktuell ** geplant 18

19 CO 2 -Äq. in t/a CO 2 -Äq. PV-Anlage mit 5 kw p Nennleistung und Speicher mit 5 kwh Kapazität Referenz, Strom Netzbezug Batterie 0-1 Vorkette PV Einsp, PV -2 System -3 System Referenz 19

20 Preis in Preis in /kw Preise von Kleinwindkraftanlagen ohne Mehrwertsteuer in unterschiedlichen Windzonen Preis in in schwacher Windzone 2 Preis in in starker Windzone 4 Preis in für mittlere Windzone spezifischer Preis in /kw ,0 0,1 1,0 10,0 Anlagenleistung in kw 0 20

21 ED und EV in % Kleinwindkraftanlage Eigenverbrauch und Eigendeckung Energie in MWh ED - Wind ED - PV ED - Wind + PV EV - Wind EV - PV EV - Wind + PV 21

22 Energie in MWh Systemkosten in ct/kwh Kleinwindkraftanlage Wirtschaftlichkeit Höhe der Windkraftanlage in m Stromerzeugung, Wind Einspeisung, Wind Systemkosten in ct/kwh 22

23 CO 2 -Äq. in t/a CO 2 -Äq. Kleinwindkraftanlage mit 6 MWh Erzeugung Referenz, Strom Netzbezug Vorkette Wind Einsp, Wind System -2-3 System Referenz 23

24 Netzgekoppelte PV-Anlage, Mikro-BHKW-Anlage Kombination BHKW + PV Variante I Vaillant Eco Power kwp PV-Anlage Variante II Vaillant Eco Power kwp PV-Anlage Typ Otto-Motor Dünnschicht, Süd 30 Dachneigung Otto-Motor Dünnschicht, Süd 30 Dachneigung el. Leistung W W W W th. Leistung W W - Stromkennzahl 0,40-0,40 - el. Wirkungsgrad 26,30% - 26,30% - th. Wirkungsgrad 65,70% - 65,70% - Haushaltsgröße Jahresstrombedarf Jahreswärmebedarf 4 Personen kwh el kwh th Jahresstromerzeugung Einspeisung Eigenverbrauch Eigendeckung BHKW: kwh, PV: kwh BHKW: kwh, PV: kwh 33% 74% BHKW: kwh, PV: kwh BHKW: kwh, PV: kwh 21% 76% 24

25 Eigenverbauch Jahreszeitlicher Verlauf des Eigenverbrauchs der Stromerzeugung durch ecopower 1.0 und 5 kwp-pv-anlage 80% 70% 60% Eigenverbrauch, Gesamt Eigenverbrauch, BHKW Eigenverbrauch, PV 50% 40% 30% 20% 10% 0% Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 25

26 26 Einfluss der Wärmepumpe (10 kwth, Sonde) auf EV und ED am Standort Würzburg

27 27 Kosten der unterschiedlichen Systemkombinationen und Referenzsysteme am Standort Würzburg

28 28 CO 2 -Äq. von Netzbezug, PV-Anlage und WP im Vergleich zur Referenz

29 29 Berechnungsmethodik Kostenvergleich bei der Nutzung von PV Überschussstrom

30 Differenz (Referenz - durchgesetzte kwh) in ct/kwh Kostenvergleich bei der Nutzung von PV-Überschussstrom, Energie-, Strompreissteigerung 2 % pro Jahr 20,0 ct/kwh EV: 40% EV: 50% EV: 60% EV: 70% 10,0 ct/kwh 0,0 ct/kwh -10,0 ct/kwh -20,0 ct/kwh -30,0 ct/kwh -40,0 ct/kwh System I: Batteriespeicher System II.a: Heizstab, WW-Speicher vorhanden, mit Erdgas System II.a: Heizstab, WW-Speicher vorhanden, mit Heizöl System II.b: Heizstab, WW-Speicher noch nicht vorhanden, mit Erdgas System II.b: Heizstab, WW-Speicher noch nicht vorhanden, mit Heizöl Vergütung 30

31 Grenzfall einer autarken Stromversorgung mit Li-Ionen-Batterie für den Modellhaushalt 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% ED - 5 kwp EV - 5 kwp ED - 10 kwp EV - 10 kwp ED - 15 kwp EV - 15 kwp 10% 0% Batteriekapazität in kwh 31

32 Abweichung der Systemkosten mit Standardparametern in % Sensitivitätsanalyse Kosten Dieselaggregat Parameterabweichung in % Variation Kapitalkosten Variation Heizölpreis Variation Betriebsstunden Variation Zinssatz 32

33 Restnetzbezug in kwh Restnetzbezug in Abhängigkeit der Leistung des 2.Generators Leistung 2.Generator in W 33

34 34 Variation der Leistung von PV-Anlage und Dieselgenerator

35 Systemkosten in ct/kwh Autarke Stromversorgung mit zwei Dieselaggregaten und PV- Anlage Jahr Referenz 2% Referenz 5% Systemkosten 5kWp PV Heizöl 2% Systemkosten 10kWp PV Heizöl 2% Systemkosten 5kWp PV Heizöl 5% Systemkosten 10kWp PV Heizöl 5% 35

36 Energieverlust Energieverlust in Abhängigkeit der Einspeisegrenze 90 % Energieverlust durch die Einspeisegrenze 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Einspeisegrenze 5kW - 0kWh 5kW - 5kWh 5kW - 10kWh 10kW - 0kWh 10kW - 5kWh 10kW - 10kWh Speicher mindern die Energieverluste Über 60 % Einspeisung geringe Verluste unabhängig von PV-Speicher- Kombination 36

37 Einspeisegrenze 5 kwp PV-Anlage 80% Entladetiefe Standort Kempten 4-Personenhaushalt Rendite 5 % Nennleistung PV-Anlage: 5 kw p Ab 70% Einspeisegrenze kaum weiterer Anstieg der Systemkosten Wirtschaftlicher Betrieb nur in einem kleinen Bereich möglich 37

38 Aufteilung der Haushalte auf ohne PV+Bat, nur PV und PV+Bat Zeitliche Entwicklung der Marktdurchdringung von PV und Batterie 100% 98% 96% 94% 92% 90% 88% Fall 3, PV+Bat Fall 2, nur PV Fall 1, keine PV + keine Bat 38

39 Anzahl der Haushalte mittlere Eigenverbrauchsquote Modulierung der mittleren Eigenverbrauchsquote durch eine Markow-Kette Anzahl PHH, nur PV Anzahl PHH, PV+Speicher mittlere Eigenverbrauchsquote 40% 38% 36% 34% 32% % 28% 26% 24% 22% 20% 39

40 Strompreis in ct/kwh Simulierte Strompreisentwicklung Umsatzsteuer Stromsteuer Umlage für abschaltbare Lasten Umlage Offshore Haftung Umlage nach 19 StromNEV Umlage nach KWKG Umlage nach EEG Konzessionsabgabe Energiebeschaffung und Vertrieb Entgelte für Messstellenbetrieb Entgelte für Messung Entgelt für Abrechnung Nettonetzentgelt 40

41 Strompreis in ct/kwh Strompreissteigerung in Abhängigkeit vom Eigenverbrauch Strompreis, Steigerung 2 % Strompreis, Steigerung 2 % und Eigenverbrauch Strompreis, Steigerung 5 % Strompreis, Steigerung 5 % und Eigenverbrauch 41

42 Einnahmeverluste in ct/kwh Analyse der Einnahmeverluste bei Steuern, Abgaben und Umlagen 18 Verhältnis Last/PV-Erzeugung 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2, EV-Anteil bzw. Vergütungsanteil in % Variation EV Varaition Vergütung Variation Last/PV-Erzeugung 42

43 Kosten pro Jahr am Beispiel 2012 Variation von festem und variablem Netzentgeltanteil Netzentgelte in /a, 100 % variabel 25 % fest 75 % variabel 50 % fest 50 % variabel 75 % fest 25 % variabel 100 % fest Verbrauch in kwh pro Jahr 43

44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Thomas Staudacher +49 (89) Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München 44